Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực BÀI TẬP MÔN HỌC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC PHẦN TÀI LIỆU CƠ BẢN VÀ YÊU CẦU TÍNH TOÁN I TÀI LIỆU CƠ BẢN Đề bài: ĐỀ SỐ II-1 Tài liệu công trình: Một cống lấy nước cửa, cửa rộng b=8m, dùng van cung bán kính R Mố trụ dày d, dài L, đầu trụ bán kính r Sau ngưỡng tràn có bể tiêu (chiều sâu bể db, chiều dài bể Lb) Tiếp đến sân sau thứ có chiều dài L Kênh hạ lưu có mái m=2; bề rộng đáy b=25m Mực nước thượng lưu max cao trình +12,0m Sơ đồ cho hình vẽ sau: Tài liệu phòng Thí nghiệm: - Phòng thí nghiệm rộng: bxl = 15x20 (m) - Lưu lượng cấp nước lớn trạm bơm: 80 l/s II YÊU CẦU TÍNH TOÁN Thiết lập phương trình chung nhất, có sử dụng phương pháp Buckingham để lập sêri thí nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dài sân sau thứ (L2) tới chiều sâu hố xói (Tx) Chọn tỷ lệ mô hình để tiến hành thí nghiệm Học viên: – Lớp: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực PHẦN NỘI DUNG TÍNH TOÁN I THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH CHUNG NHẤT Cơ sở lý thuyết BucKingham Mọi quan hệ vật lý đại lượng thứ nguyên biểu diễn viết quan hệ đại lượng không thứ nguyên Theo lý thuyết Buckingham là: biểu diễn đại lượng biến đổi a 1, a2, a3, an, mô tả tượng thủy động lực học cần nghiên cứu phiến hàm: f(a1, a2, a3 an) = (2.1) Quan hệ (2.1) biểu diễn mối liên hệ n đại lượng biến đổi độc lập với n thứ nguyên tương ứng Quan hệ (2.1) biểu diễn dạng khác biến không thứ nguyên Π1, Π2, Π3, với Π1, Π2, Π3, thiết lập từ đại luợng a1, a2, a3, an Tổng số biến không thứ nguyên tổng số đại lượng vật lý biến đổi Nghĩa có phiếm hàm khác: f( Π1, Π2, Π3 , ) = (2.2) Nếu quan hệ miêu tả tượng thủy lực câng nghiên cứu có n đại lượng biến đổi độc lập a1, a2, a3, an mà thứ nguyên tương ứng A1, A2, A3, … An với việc lựa chọn r thứ nguyên có (n-r) biến không thứ nguyên Π1, Π2, Π3, Πn-r Nghĩa quan hệ (2.1) có n đại lượng biến đổi (2.2) có (n-r) biến không thứ nguyên Khảo sát quan hệ (2.2) thực chất giống khảo sát quan hệ (2.1) tổng số biến giảm đi, có nghĩa số thí nghiệm giảm Tổng thứ nguyên r gần với tổng đại lượng biến đổi n giải toán đơn giản Thường r ≤ m, với m số thứ nguyên lớn chọn được, thường m =3 Ba đại lượng là: + Độ dài có thứ nguyên [L]; + Khối lượng có thứ nguyên [M]; + Thời gian có thứ nguyên [T] Mỗi biến Π1, Π2, Π3, Πn-r tích đại lượng biến đổi với số mũ để tích trở thành không thứ nguyên Mỗi biến Πi cần có (r+1) đại lượng biến đổi Khi chọn đại lượng biến đổi Πi cần thỏa mãn điều kiện: Học viên: – Lớp: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực + Một đại lượng biến đổi trùng lặp Πi phải chứa đựng đủ r thứ nguyên chọn + Hai thứ nguyên không tự tạo nên biến không thứ nguyên Trong trường hợp r = m = 3, muốn thỏa mãn hai điều kiện (m+1) = đại lượng biến đổi Πi có đại lượng lặp lại với số mũ x i, yi, zi Đại lượng biến đổi thứ tư Πi khác với số mũ pi (thường số mũ đại lượng thứ tư pi = ± 1), để tất n đại lượng biến đổi có mặt (2.2) Nghĩa là: ∏1 = a1x1.a2y1.a3z1.a4p1 ∏2 = a1x2.a2y2.a3z2.a4p2 ∏3 = a1x3.a2y3.a3z3.a4p3 (2.3) ……………………… ∏n-3 = a1xn-3.a2yn-3.a3zn-3.a4pn-3 Biến không thứ nguyên ∏ số đơn giảm, số mũ thừa số đầu x i, yi, zi phải xác định cho thỏa mãn điều kiện Số mũ xi, yi, zi Πi khác khác thỏa mãn xi + yi + zi + pi = Tiến hành làm phép tính cân thứ nguyên ta tìm đại lượng Πi để tìm sêri thí nghiệm nhằm giải yêu cầu toán Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dài sân sau thứ tới chiều sâu hố xói Hố xói sau sân thứ cống lấy nước phụ thuộc vào yếu tố khác nhau: 2.1 Các yếu tố công trình - Chiều cao ngưỡng tràn - Hình dạng kích thước vị trí cửa van - Chiều dài toàn đoạn gia cố (Lv) - Hình thức kích thước thiết bị tiêu - Chiều rộng tràn nước chiều rộng lòng dẫn hạ lưu - Hình dạng kích thước mố trụ - Hình dạng mặt tràn - Hình dạng kích thước công trình nối tiếp - Độ dốc lòng dẫn 2.2 Các yếu tố dòng chảy - Khối lượng riêng nước hệ số nhớt động học Học viên: – Lớp: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực - Lưu tốc trung bình mặt cắt - Sự phân bố lưu tốc biểu thị qua hệ số Coirllis α - Mức độ chảy rối dòng chảy - Mực nước thượng hạ lưu - Lưu lượng đơn vị - Hàm lượng bùn cát 2.3 Các yếu tố đất nền: - Khối lượng riêng đất - Hình dạng kích thước hạt - Đường cong cấp phối hạt - Các yếu tố lý khác đất Để nghiên cứu ảnh hưởng mái nghiêng cửa bể tiêu tới kích thước hố xói hạ lưu (Lx, Tx) có nhiều yếu tố Trong phạm vi tập trình bày số yếu tố sau: + Vận tốc v : - Thứ nguyên [L/T] + Diện tích mặt cắt ngang dòng chảy ω: - Thứ nguyên [L2] + Khối lượng riêng nước ρ: - Thứ nguyên [M/L3] + Cột nước hạ lưu hh : - Thứ nguyên [L] + Chiều đoạn gia cố Lv: - Thứ nguyên [L] + Chiều sâu bể db: - Thứ nguyên [L] + Lưu lượng Q: - Thứ nguyên [L3/T] + Đất bao gồm yếu tố: - Dung trọng γ: - Thứ nguyên [M/L3] - Đường kính hạt dh: - Thứ nguyên[L] Các yếu tố viết sau: Q = f0(v, ω, ρ, hh, Lv, db ,γ, dh, Lx,Tx) Hay: F(Q, v, ω, ρ, hh, Lv, db, γ, dh, Lx,Tx) = (2.4) Để xác định Πi tương ứng ta chọn thông số là: ω, v, ρ; thứ nguyên là: [L], [M], [T] Học viên: – Lớp: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực Bài toán có số ẩn n = 11, r = 3, số hàm i = n-r = 11-3 = Lập hàm: F (Π1, Π2, … Π8) Để xác định Πi tương ứng ta viết sau: Π1 = ωx1 ρy1.vz1.hh Π2 = ωx2 ρy2.vz2.Lv Π3 = ωx3 ρy3.vz3.db Π4 = ωx4 ρy4.vz4 γ (2.5) Π5 = ωx5 ρy5.vz5.dh Π6 = ωx6 ρy6.vz6.Lx Π7 = ωx7 ρy7.vz7.Tx Π8 = ωx8 ρy8.vz8.Q Phân tích thứ nguyên đại lượng (2.5) ta có: Π1 = [L2]x1 [M/L3]y1.[ L/T]z1.[L] Π2 = [L2]x2 [M/L3]y2.[ L/T]z2.[L] Π3 = [L2]x3 [M/L3]y3.[ L/T]z3.[L] Π4 = [L2]x4 [M/L3]y4.[ L/T]z4.[M/L3] (2.6) Π5 = [L2]x5 [M/L3]y5.[ L/T]z5.[L] Π6 = [L2]x6 [M/L3]y6.[ L/T]z6.[L] Π7 = [L2]x7 [M/L3]y7.[ L/T]z7.[L] Π8 = [L2]x8 [M/L3]y8.[ L/T]z8.[L3/T] Khai triển phương trình (2.6) thành: Π1 = L 2x1-3y1+z1+1 T -z1 M y1 Π2 = L 2x2-3y2+z2+1 T -z2 M y2 Π3 = L 2x3-3y3+z3+1 T –z3 M y3 Π4 = L 2x4-3y4+z4-3 T -z4 M y4+1 (2.7) Π5 = L 2x5-3y5+z5+1 T -z5 M y5 Π6 = L 2x6-3y6+z6+1 T -z6 M y6 Π7 = L 2x7-3y7+z7+1 T -z7 M y7 Học viên: – Lớp: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực Π8 = L 2x8-3y8+z8+3 T -z8-1 M y8 Cân thứ nguyên Πi ta có hệ phương trình: ⇒ x1 = -1/2; y1 = 0; z1 = (a) ⇒ x2 = -1/2; y2 = 0; z2 = (b) ⇒ x3 = -1/2; y3 = 0; z3 = (c) ⇒ x4 = 0; (d) ⇒ x5 = -1/2; y5 = 0; z5 = (e) ⇒ x6 = -1/2; y6 = 0; z6 = (f) ⇒ x7 = -1/2; y7 = 0; z7 = (g) ⇒ x8 = -1; Học viên: y4 = -1; z4 = – Lớp: y8 = 0; z8 = -1 (h) Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực Thay trị số mũ vừa tính vào (2.5) ta có: Π1 = ω-1/2 ρ0.v0.hh = hh/ω1/2; Π2 = ω-1/2 ρ0.v0.Lv = Lv/ω1/2; Π3 = ω-1/2 ρ0.v0 db = db/ω1/2; Π4 = ω0 ρ-1.v0 γ = γ/ρ; (2.8) Π5 = ω-1/2 ρ0.v0.dh = dh/ω1/2; Π6 = ω-1/2 ρ0.v0.Lx = Lx/ω1/2; Π7 = ω-1/2 ρ0.v0.Tx = Tx/ω1/2; Π8 = ω-1 ρ0.v-1.Q = Q/ω.v; Từ phương trình (2.4) ta có phương trình chung sêri thí nghiệm: F(hh/ω1/2; Lv/ω1/2; db/ω1/2; γ/ρ; dh/ω1/2; Lx/ω1/2; Tx/ω1/2; Q/ω.v) = (2.10) Như vậy: Khi nghiên cứu ảnh hưởng mái nghiêng cửa bể tiêu tới kích thước hố xói hạ lưu, phải xét đến quan hệ (2.10) Tuy nhiên thực tế để giảm bớt khối lượng thí nghiệm ta định trước số đại lượng mà ảnh hưởng đến đối tượng nghiên cứu, tập trung nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp mái nghiêng cửa bể tiêu (m) đến phát triển hố xói (Tx, Lx) II CHỌN TỶ LỆ MÔ HÌNH Tiêu chuẩn tương tự Dòng chảy qua cống dòng chảy hở chịu tác dụng lực trọng trường chính, tiêu chuẩn tương tự chọn tiêu chuẩn Frút cần đảm bảo mức độ rối nhau, hệ số lực cản Sêzi phải đồng Nghiên cứu thí nghiệm mô hình cống thường nghiên cứu theo giai đoạn: - Giai đoạn nghiên cứu thí nghiệm lòng cứng nhằm xác định thông số thủy lực; sau tiến hành sửa đổi kích thước kết cấu tiêu công trình phù hợp với yêu cầu nhiệm vụ thiết kế chuyển sang giai đoạn thí nghiệm thứ - Giai đoạn thí nghiệm thứ giai đoạn nghiên cứu thí nghiệm mô hình lòng mềm; chủ yếu để đánh giá khả xói lở vùng sân sau lòng kênh dẫn hạ lưu Để đảm bảo định lượng nghiên cứu cần ý: Học viên: - Fr = idem (2.11) - Re (mô hình) ≥ Regh (2.12) – Lớp: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực - C = idem (2.13) Theo tiêu chuẩn Frút tỷ lệ tính theo công thức sau: - Tỷ lệ độ dài hình học : λL - Tỷ lệ lưu lượng : λQ=λL5/2 - Tỷ lệ vận tốc dòng chảy : λv=λL1/2 - Tỷ lệ thời gian : λt=λL1/2 - : λn=λL1/6 Tỷ lệ độ nhám Xác định phạm vi xây dựng mô hình 2.1 Chiều cao cần thiết mô hình: Được xác định sở cao trình mực nước lớn thượng lưu; cao trình thấp hạ lưu; khoảng an toàn lưu không thượng hạ lưu H = ∇max -∇min + ∆h (2.14) Trong đó: ∇max- cao trình mực nước lớn thượng lưu cần nghiên cứu ∇min- cao trình thấp hạ lưu ∆h- khoảng chiều cao an toàn, để bố trí thoát nước tự sau hạ lưu 2.2 Chiều dài cần thiết mô hình: Bằng tổng chiều dài phận công trình nghiên cứu; chiều dài phần thượng lưu để bố trí thiết bị giảm sóng tạo dòng chảy lặng vào cửa công trình nghiên cứu ảnh hưởng thượng lưu, cần thiết lấy thêm khoảng gia tăng hạ lưu để bố trí thiết bị điều chỉnh mực nước, thiết bị thu hồi cát nghiên cứu mô hình dòng động thoát nước hạ lưu: L = Lthượng lưu + Lngưỡng + Lbể + Lsân sau + Lhố xói + Lkênh hạ lưu + ∆L (2.15) Trong đó: Lthượng lưu - Chiều dài phần thượng lưu Lngưỡng - Chiều dài phần tràn Lbể - Chiều dài phần bể tiêu Lsân sau - Chiều dài phần sân sau Lhố xói - Chiều dài hố xói Lkênh hạ lưu - Chiều dài phần kênh dẫn hạ lưu Học viên: – Lớp: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực ∆L - Khoảng gia tăng hạ lưu 2.3 Chiều rộng cần thiết mô hình Là chiều rộng lớn công trình, tương ứng với cao trình mực nước lớn thượng lưu (theo mặt cắt ướt), tăng thêm khoảng an toàn dùng để bố trí lối lại phục vụ cho đo đạc: B = Bmax + ∆B (2.14) Các yêu cầu chọn tỷ lệ mô hình Khi chọn tỷ lệ mô hình cần phải thoả mãn yêu cầu sau: - Đảm bảo tiêu chuẩn tương tự - Mô hình đủ diện tích để bố trí đầy đủ phận công trình tính toán theo tỷ lệ chọn - Cần phải thoả mãn điều kiện giới hạn tương tự học: + Cột nước tràn đỉnh ngưỡng h ≥ 50mm, + Lưu tốc dòng chảy v ≥ 0,23m/s + Chiều cao dòng chảy mô hình h ≥ 15mm Khi dòng chảy cửa van độ mở nhỏ cửa van a ≥ 60mm, cột nước áp lực nhỏ h ≥ 3,3a + Bề rộng tràn nước đập tràn mô hình b ≥ 60mm chiều rộng máng đặt mô hình b ≥ 200mm - Các thiết bị đo đạc có đủ khả đo thông số (như vmax, vmin, ), khả phòng thí nghiệm đáp ứng mặt cấp nước, trang thiết bị, có đủ khả cung cấp vật liệu cho mô hình - Chọn tỷ lệ mô hình nhỏ Tính toán thiết kế mô hình 4.1 Tính toán sơ số thông số để xác định tỷ lệ mô hình: Để tính toán tỷ lệ mô hình nghiên cứu, thông số cho cần phải xác định kích thước khác: Chiều sâu bể tiêu d b, chiều dài bể Lb, chiều dài sân sau thứ hai L2, chiều sâu hố xói lớn Tx, lưu lượng lớn nhất, mực nước hạ lưu Giả sử cống tháo lưu lượng lớn theo yêu cầu Q max, mực nước hạ lưu cao trình +2,5m, tương ứng độ sâu dòng chảy kênh h h = 3,0m, độ dốc đáy kênh i=4.10-4, kênh đất có độ nhám n = 0,025, chiều rộng đáy kênh b = 60m, mái kênh m=2 * Theo công thức dòng chảy kênh ta có: Học viên: – Lớp: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực Q = ω.C R.i Kết tính toán bảng sau: i n 0,0004 0,025 m bk (m) htk (m) w (m2) χ (m) R (m) 2,00 60,0 3,00 198,0 73,42 2,70 C Vtk 0.5 (m /s) (m/s) 47,19 1,55 Qtk (m3/s) 306,90 Kết tính toán bảng trên, ta Qmax = 306,9 m3/s * Chiều sâu dòng chảy sân thứ tính gần theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập:   Q  hs2 =   σ m.b g   n  2/3   306,9  =   0,99 * 0,37 * 60 * * 9.81  2/3 = 2,15m Trong đó: m - Hệ số lưu lượng, chọn m = 0,37 σn - Hệ số ngập, ứng với m = 0,37 theo Cumin có σn = 0,99 * Chiều sâu bể tiêu năng: - Tính: F (τ c ) = q 4,77 = = 0,1136 3/ ϕ E 0,95 * 12,5 / Trong đó: q - Lưu lượng đơn vị kênh dẫn hạ lưu (m2/s) q= Q 306,9 = = 4,77 m / s (b + m.hs ) (60 + * 2,15) ϕ - Hệ số lưu tốc cửa bể, lấy ϕ = 0,95 E0 - Năng lượng đơn vị dòng chảy thượng lưu so với đáy sân sau E0 = 12 - (-0,5) = 12,5 m Tra bảng tính thủy lực ta có: τc = 0,0260; τc” = 0,2895 Từ ta có: hco = Eo*τc = 12,5*0,026 = 0,33m hco” = Eo*τc” = 12,5*0,2895 = 3,62m - Tính chiều sâu bể lần thứ nhất: db = hco” – hs2 = 3,62 – 2,15 = 1,47m - Tính lại Eo’= Eo + db = 12,5 + 1,47 = 13,97 m Học viên: – Lớp: 10 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực - Tính lại độ sâu liên hiệp, ta có: F (τ c ) = q 4,77 = = 0,0962 ' 3/ ϕ ( E ) 0,95 * 13,97 / ⇒ τc = 0,022; τc” = 0,2676 Từ ta có: hc1 = E’o*τc = 13,97*0,022 = 0,31m hc1” = E’o*τc” = 13,97*0,2676 = 3,74m - Xác định độ chênh lệch mực nước ngưỡng bể tiêu ∆Z = q  1 − 2 g  ( ϕ n hs ) σ hc''1 ( )  4,77  1 =  −  * 9.81  ( 0,95 * 2.15) (1,07 * 3,74)    = 0,206m   Trong đó: σ - Hệ số ngập nước nhảy, σ = 1,05 - 1,1, lấy σ = 1,07 - Tính lại độ sâu bể tiêu năng: db = σ.hc1”- hs2 - ∆Z = 1,07*3,74 – 2,15 - 0,206 = 1,65 m - Tính chiều sâu bể lần thứ hai: db = 1,65m - Tính lại Eo’= Eo + db = 12,5 + 1,65 = 14,15 m - Tính lại độ sâu liên hiệp, ta có: F (τ c ) = q 4,77 = = 0,0943 ' 3/ ϕ ( E ) 0,95 * 14,15 / ⇒ τc = 0,0215; τc” = 0,2651 Từ ta có: hc2 = E’o*τc = 14,15*0,0215 = 0,304m hc2” = E’o*τc” = 14,15*0,2651 = 3,75m - Xác định độ chênh lệch mực nước ngưỡng bể tiêu ∆Z = q  1 − 2 g  ( ϕ n hs ) σ hc''2 ( )  4,77  1 =  −  * 9.81  ( 0,95 * 2.15) (1,07 * 3,75)    = 0,206m   - Tính lại độ sâu bể tiêu năng: db = σ.hc2”- hs2 - ∆Z = 1,07*3,75 – 2,15 - 0,206 = 1,65 m Chọn db = 1,65 m - Chiều dài bể tiêu năng: Lb= 3*σ* hc2” = 3*1,07*3,75 = 12,04 m Học viên: – Lớp: 11 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực Chọn Lb = 13,0 m - Chiều dài sân sau thứ hai: L2 = k q ∆h = (10 ÷ 12) 4,77 9,5 = (38,0 ÷ 46,0)m Trong đó: K - Hệ số phụ thuộc vào địa chất lòng dẫn, với cát pha, cát mịn K = 10-12 q - Lưu lượng đơn vị , q = 4,77 m2/s ∆h - Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, ∆h = 12 - 2.5 = 9,5 m Chọn L2 = 40 m - Chiều sâu lớn hố xói gần coi chiều sâu bể tiêu năng: Tx = db = 1,65 m - Chiều dài lớn hố xói: Lx = (9÷10)Tx = (14,85÷16,5)m Chọn Lx = 16,0 m 4.2 Xác định kích thước mô hình thí nghiệm + Chiều cao cần thiết: Theo công thức (2.14) H = ∇max - ∇min + ∆h = 12 - (- 0,5-1,65) + 0,85 =15m + Chiều dài cần thiết: Theo công thức (2.15) L = Lthượng lưu + Lngưỡng + Lbể + Lsân sau + Lhố xói + Lkênh hạ lưu + ∆L Trong đó: Lthượng lưu= 6*Ht = 6*12 = 72m, chọn Lthượng lưu= 70m Lngưỡng = 5m Lbể = 13m Lsân sau= L2 = 40m Lhố xói = 16m, Lkênh HL + ∆L= 26m ⇒ L = 70 + + 13 + 40 + 16 + 26 = 170m + Chiều rộng cần thiết: Theo công thức (2.15) - Chiều rộng phần hạ lưu là: Học viên: – Lớp: 12 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực B1 = bk + 2m(hh + a) = 60 + 2*2*(3+1) = 76m Với: bk - Bề rộng đáy kênh hạ lưu, bk = 60m m - Hệ số mái kênh, m = hh - Chiều sâu nước hạ lưu, hh = 3m a - Độ cao an toàn, a = 1m - Chiều rộng phần thượng lưu cống: B2 = 5bc+ 4d + 2bt =5*10 + 4*1,2 + 2*10 = 75m Với: bc - Bề rộng cửa lấy nước, bc = 10m d - Bề rộng mố trụ, d = 1,2m bt - Bề rộng tường cánh, bt = 10m Chọn: B = Bmax + ∆B = 76 + = 85m 4.3 Chọn tỷ lệ mô hình Chọn tỷ lệ mô hình theo khả tối đa máy bơm cấp nước Theo tiêu chuẩn Fr: Tỷ lệ lưu lượng λQ= Qt = λL5/2 ⇒ λL= (Qt/Qm)2/5 = (306,9/0,1)2/5 = 24,82 Qm Chọn λ L=25 4.4 Kiểm tra kính thước mô hình điều kiện giới hạn: - Chiều cao mô hình : Hm= 15/25 = 0,6 m - Chiều dài mô hình: Lm= 170/25 = 6,8 m < [35] m - Chiều rộng mô hình: Bm= 85/25 = 3,4 m < [25] m Với phòng thí nghiệm có kích thước: BxL = 25 x 35 (m) hoàn toàn bố trí mô hình thí nghiệm 4.5 Kiểm tra điều kiện giới hạn + Điều kiện số Re: Rem ≥ Regh - Khi tiến hành thí nghiệm theo điều kiện giới hạn để bỏ qua sức căng mặt cột nước đỉnh tràn h ≥ 50mm, tương ứng cột nước thực tế h=1,25m Học viên: – Lớp: 13 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực - Lưu lượng qua đập tràn thực dụng ta tính Q t = 306,9 m3/s, tương ứng mô hình có: Qt Qm = = λ 5/ L 306,9 = 98l / s 25 / - Vận tốc đỉnh đập tràn: Vt = Qt 306,9 = = 3,07 m / s 5bt ht * 10 * Tương ứng mô hình có: Vm = Vt λ 1/ L 3,07 = 0,61m / s 251 / = - Lấy nhiệt độ trung bình nước thời gian thí nghiệm 20 oC độ nhớt động học nước là: υ = 0,01 cm2/s ⇒ Hệ số Râynol nhỏ mô hình xác định: Re m = Vm h υ = 0,61 * 0,05 = 30500 0,01 * 10 −4 Mặt khác hệ số Râynol ( Regh) giới hạn mô hình xác định theo công thức: Re gh = 14.Rm ∆m ε m = 14 * 50 * 0,03 = 4041,5 Trong đó: εm: hệ số sức cản ma sát, lòng dẫn tự nhiên lấy εm = 0,03 ÷ 0,04 ∆m: độ gồ ghề lòng dẫn chế tạo mô hình, trát địa hình ∆m ≈ 1,0mm; Rm ≈ hm ứng với độ sâu nhỏ mô hình hm = 50mm (tương ứng với cột nước nhỏ thực tế 1,25m) Như vậy: Rem =30500 ≥ Regh = 4.041,5 Có thể kết luận chọn λL=25 để thiết kế mô hình tổng thể cho công trình cống lấy nước (theo yêu cầu ra) thỏa mãn điều kiện + Điều kiện độ nhám, chọn vật liệu mô hình: Theo tiêu chuẩn Fr: nt λn = n =λL1/6 m - Đối với cống, bể tiêu bê tông có n =0,014 Học viên: – Lớp: 14 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực ⇒ nm = nt = 0,0082 λ1L/ ⇒ Có thể chọn vật liệu chất dẻo - Đối với kênh dẫn có n =0,025, tương tự ta tính nm=0,015 ⇒ Có thể chọn vật liệu vữa xi măng cát vàng Vậy với tỷ lệ mô hình λL = 25 hoàn toàn thỏa mãn điều kiện tương tự việc bố trí mô hình cung cấp nước cho thí nghiệm Từ kết tính toán trên, ta thu thông số sơ mô sau: Lưu lượng Tỷ lệ mô hình mô hình max (l/s) 25 98 Chiều cao Chiều dài Chiều rộng mô hình (m) mô hình (m) mô hình (m) 0,60 6,8 3,4 III KẾT LUẬN Khi nghiên cứu ảnh hưởng mái nghiêng cửa bể tiêu đến kích thước hố xói cống trình bày thuộc loại mô hình không gian, tổng thể lòng dẫn cứng Do điều kiện thời gian hiểu biết hạn chế nên tác giả giả thiết số số trường hợp để tính toán lựa chọn mô hình, phần quan trọng khác thiết kế mô hình chưa có điều kiện đề cập đến Công việc thí nghiệm công việc quan trọng trình thiết kế công trình, cần phải có thận trọng, tỷ mỉ, xác, tránh sai sót Vì thí nghiệm khâu cuối công nghệ thiết kế kết thường áp dụng cho công trình thực tể bổ sung cho nghiên cứu Học viên: – Lớp: 15 [...]... tỷ lệ mô hình Chọn tỷ lệ mô hình theo khả năng tối đa của máy bơm cấp nước Theo tiêu chuẩn Fr: Tỷ lệ về lưu lượng λQ= Qt = λL5/2 ⇒ λL= (Qt/Qm)2/5 = (306,9/0,1)2/5 = 24,82 Qm Chọn λ L=25 4.4 Kiểm tra kính thước mô hình và các điều kiện giới hạn: - Chiều cao mô hình : Hm= 15/25 = 0,6 m - Chiều dài mô hình: Lm= 170/25 = 6,8 m < [35] m - Chiều rộng mô hình: Bm= 85/25 = 3,4 m < [25] m Với phòng thí nghiệm. .. quả tính toán trên, ta thu được các thông số sơ bản của mô hình như sau: Lưu lượng Tỷ lệ mô hình mô hình max (l/s) 25 98 Chiều cao Chiều dài Chiều rộng mô hình (m) mô hình (m) mô hình (m) 0,60 6,8 3,4 III KẾT LUẬN Khi nghiên cứu ảnh hưởng của mái nghiêng cửa ra của bể tiêu năng đến kích thước hố xói của cống như đã trình bày ở trên thuộc loại mô hình không gian, tổng thể và lòng dẫn cứng Do điều kiện... bố trí mô hình thí nghiệm 4.5 Kiểm tra điều kiện giới hạn + Điều kiện số Re: Rem ≥ Regh - Khi tiến hành thí nghiệm theo điều kiện giới hạn để có thể bỏ qua sức căng mặt ngoài thì cột nước trên đỉnh tràn h ≥ 50mm, tương ứng cột nước thực tế h=1,25m Học viên: – Lớp: 13 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực - Lưu lượng qua đập tràn thực dụng ta tính được Q t = 306,9 m3/s, tương ứng trong mô hình có:... Học viên: – Lớp: 14 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực ⇒ nm = nt = 0,0082 λ1L/ 6 ⇒ Có thể chọn vật liệu là chất dẻo - Đối với kênh dẫn có n =0,025, tương tự như trên ta tính được nm=0,015 ⇒ Có thể chọn vật liệu là vữa xi măng cát vàng Vậy với tỷ lệ mô hình λL = 25 hoàn toàn thỏa mãn các điều kiện tương tự cũng như việc bố trí trên mô hình và cung cấp nước cho thí nghiệm Từ các kết quả tính toán trên,... lòng dẫn khi chế tạo mô hình, trát địa hình ∆m ≈ 1,0mm; Rm ≈ hm ứng với độ sâu nhỏ nhất trong mô hình hm = 50mm (tương ứng với cột nước nhỏ nhất ngoài thực tế là 1,25m) Như vậy: Rem =30500 ≥ Regh = 4.041,5 Có thể kết luận rằng chọn λL=25 để thiết kế mô hình tổng thể cho công trình cống lấy nước (theo yêu cầu bài ra) là thỏa mãn điều kiện + Điều kiện về độ nhám, chọn vật liệu mô hình: Theo tiêu chuẩn... / s 5bt ht 5 * 10 * 2 Tương ứng trong mô hình có: Vm = Vt λ 1/ 2 L 3,07 = 0,61m 3 / s 251 / 2 = - Lấy nhiệt độ trung bình của nước trong thời gian thí nghiệm là 20 oC thì độ nhớt động học của nước là: υ = 0,01 cm2/s ⇒ Hệ số Râynol nhỏ nhất trên mô hình được xác định: Re m = Vm h υ = 0,61 * 0,05 = 30500 0,01 * 10 −4 Mặt khác hệ số Râynol ( Regh) giới hạn của mô hình được xác định theo công thức: Re... ở đây tác giả mới giả thiết một số một số trường hợp để tính toán lựa chọn mô hình, còn những phần quan trọng khác trong thiết kế mô hình chưa có điều kiện đề cập đến Công việc thí nghiệm là một công việc quan trọng trong quá trình thiết kế công trình, do đó cần phải có sự thận trọng, tỷ mỉ, chính xác, tránh sai sót Vì thí nghiệm là khâu cuối cùng trong công nghệ thiết kế và kết quả của nó thường được... viên: – Lớp: 11 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực Chọn Lb = 13,0 m - Chiều dài sân sau thứ hai: L2 = k q ∆h = (10 ÷ 12) 4,77 9,5 = (38,0 ÷ 46,0)m Trong đó: K - Hệ số phụ thuộc vào địa chất nền lòng dẫn, với nền là cát pha, cát mịn K = 10-12 q - Lưu lượng đơn vị , q = 4,77 m2/s ∆h - Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, ∆h = 12 - 2.5 = 9,5 m Chọn L2 = 40 m - Chiều sâu lớn nhất hố xói gần đúng coi bằng... thượng hạ lưu, ∆h = 12 - 2.5 = 9,5 m Chọn L2 = 40 m - Chiều sâu lớn nhất hố xói gần đúng coi bằng chiều sâu bể tiêu năng: Tx = db = 1,65 m - Chiều dài lớn nhất hố xói: Lx = (9÷10)Tx = (14,85÷16,5)m Chọn Lx = 16,0 m 4.2 Xác định các kích thước mô hình thí nghiệm + Chiều cao cần thiết: Theo công thức (2.14) H = ∇max - ∇min + ∆h = 12 - (- 0,5-1,65) + 0,85 =15m + Chiều dài cần thiết: Theo công thức (2.15)... = 40m Lhố xói = 16m, Lkênh HL + ∆L= 26m ⇒ L = 70 + 5 + 13 + 40 + 16 + 26 = 170m + Chiều rộng cần thiết: Theo công thức (2.15) - Chiều rộng phần hạ lưu là: Học viên: – Lớp: 12 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực B1 = bk + 2m(hh + a) = 60 + 2*2*(3+1) = 76m Với: bk - Bề rộng đáy kênh hạ lưu, bk = 60m m - Hệ số mái kênh, m = 2 hh - Chiều sâu nước hạ lưu, hh = 3m a - Độ cao an toàn, a = 1m - Chiều rộng ... tỷ lệ mô hình λL = 25 hoàn toàn thỏa mãn điều kiện tương tự việc bố trí mô hình cung cấp nước cho thí nghiệm Từ kết tính toán trên, ta thu thông số sơ mô sau: Lưu lượng Tỷ lệ mô hình mô hình max... thước mô hình điều kiện giới hạn: - Chiều cao mô hình : Hm= 15/25 = 0,6 m - Chiều dài mô hình: Lm= 170/25 = 6,8 m < [35] m - Chiều rộng mô hình: Bm= 85/25 = 3,4 m < [25] m Với phòng thí nghiệm. .. Lớp: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực ∆L - Khoảng gia tăng hạ lưu 2.3 Chiều rộng cần thiết mô hình Là chiều rộng lớn công trình, tương ứng với cao trình mực nước lớn thượng lưu (theo mặt